工厂电气控制设备(第2版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：张晓娟

出版社：电子工业出版社

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工厂电气控制设备(第2版)试读：

前言

通过教学实践反馈，删除应用不广的A系列龙门刨床电气控制部分；对重点内容进行了更加详尽的介绍，增加了电气控制线路故障分析与检查部分，并单独作为第6章，突出技能的培养；引入一些新器件与新技术，如增加了电磁离合器部分；对文字的编辑做到了精益求精，更正了第1版中的一些文字错误；引入项目教学法，以实际电气线路为例，增加了工程设计内容，符合“教、学、做”一体化的要求。

本书按照学生的学习心理规律来编写。在每章内容之前，先列出本章的知识目标和技能目标，使学生带着明确的目标来学习。每章都有章首，介绍本章的主要内容，使学生在学习新知识前，既明确学习内容，又明确学习目标。

全书共分为7章。内容主要包括常用低压电器、基本电气控制线路、常用机床的电气控制、起重设备的电气控制、继电—接触器控制系统的设计与调试、电气控制系统故障分析与检查，以及电气控制设备实训。其中画“*”的部分可根据教学实际需要进行选学。

本书内容新颖、结构合理、通俗易懂，既可作为高职高专院校自动化类专业、机电一体化专业、自动控制专业等相关课程的教材，也可作为企业培训人员、电控设备安装与维修人员，以及工厂技术人员的学习用书。

本书由吉林电子信息职业技术学院张晓娟教授担任主编，兰州工业高等专科学校王峰副教授、山东工业职业技术学院李文森副教授、北华大学陆涛工程师、吉林电子信息职业技术学院于秀娜担任副主编。全书由张晓娟统稿，由成都电子机械高等专科学校霍平老师主审。

本书配有电子教学参考资料（包括教学指南、电子教案和部分习题答案），有此需要的教师和学员可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。

在本书的编写过程中，作者参考了多位同行专家的著作和文献；并对在第1版中作出贡献的郭念田老师、李颖老师、孙志老师表示感谢；主审以高度负责的态度审阅全书，并提出了许多宝贵意见，在此也向霍平老师表示真诚的谢意。

由于编者水平有限，时间仓促，书中难免存在缺点和不足之处，敬请广大读者批评指正。

编者

2012年5月基础理论篇第1章 常用低压电器

知识目标（1）掌握常用低压电器的结构、基本工作原理和作用。（2）掌握常用低压电器的主要技术参数和典型产品。（3）熟悉常用低压电器的应用场合。（4）学会常用低压电器的型号含义和符号。（5）了解常用低压电器的型号。

技能目标（1）能正确选择和使用常用低压电器。（2）能进行常用低压电器的维护。（3）能简单维修常用低压电器。（4）能识别常用低压电器。

低压电器是电力拖动与自动控制系统的基本组成元件，控制系统的优劣与所用低压电器的性能有直接的关系。作为电气工程技术人员，必须掌握常用低压电器的结构与工作原理，掌握其使用与维护等方面的知识和技能。1.1 低压电器的作用与分类

电器就是广义的电气设备。它可以很大、很复杂，如一套自动化装置；它也可以很小、很简单，如一个开关。在工业应用中，电器是一种能够根据外界信号的要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节作用的电气设备。简而言之，电器就是一种能控制电的工具。

电器按其工作电压的等级可分为高压电器和低压电器。低压电器通常是指工作在交流额定电压1 200V以下、直流额定电压1 500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。常用的低压电器主要有刀开关、接触器、继电器、控制按钮、行程开关、断路器等。

低压电器的种类繁多，构造各异，通常有如下分类。

1.按动作方式分类（1）手动电器。由人工直接操作才能完成任务的电器称为手动电器。例如，刀开关、按钮和转换开关等。（2）自动电器。不需要人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器称为自动电器。例如，低压断路器、接触器和继电器等。

2.按用途或控制对象分类（1）低压配电电器。主要用于低压配电系统，要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。例如，刀开关、低压断路器、转换开关和熔断器等。（2）低压控制电器。主要用于电力拖动控制系统，要求寿命长、体积小、重量轻、动作迅速且准确、性能可靠。例如，接触器、继电器、启动器、主令控制器和万能转换开关等。

3.按工作原理分类（1）电磁式电器。根据电磁感应原理来工作的电器。例如，交直流接触器、各种电磁式继电器和电磁铁等。（2）非电量控制电器。依靠外力或其他非电的信号（如速度、压力、温度等）的变化而动作的电器。例如，刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。

4.按执行功能分类（1）有触点电器。有可分离的动触点、静触点，并利用触点的接通和分断来切换电路。例如，接触器、刀开关、按钮等。（2）无触点电器。没有可分离的触点，主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制。例如，接近开关、电子式时间继电器等。1.2 电磁式低压电器的基础知识

电磁式电器在电气控制线路中的使用量较大，其类型也很多，但各类电磁式电器在工作原理和结构上基本相同。从结构上看，电器一般都由两个基本组成部分构成，即感测部分和执行部分。感测部分接收外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，做出有规律的反应；而执行部分则根据指令信号，输出相应的指令，执行电路的通、断控制，实现控制目的。对于电磁式电器，感测部分由电磁机构构成，而执行部分则由触点系统构成。1.2.1 电磁机构

电磁机构是电磁式电器的重要组成部分之一，其作用是将电磁能转换成机械能，带动触点闭合或断开，实现对电路的接通与分断控制。

1.电磁机构的结构及工作原理

电磁机构由吸引线圈、铁芯（静铁芯）、衔铁（动铁芯）、铁轭和空气隙等部分组成。其中吸引线圈、铁芯是静止不动的，只有衔铁是可动的。其作用原理是：当线圈中有电流通过时，产生电磁吸力，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使衔铁与铁芯闭合，衔铁带动连接机构运动，从而带动相应的触点动作，完成对接通与分断电路的控制。常用的电磁机构的结构如图1.1所示。图1.1 常用的电磁机构的结构

电磁机构一般有如下三种分类方法。

1）按衔铁的运动方式分类（1）衔铁绕棱角转动拍合式，如图1.1（a）所示。衔铁绕铁轭的棱角而转动，磨损较小。铁芯用软铁，适用于直流接触器和继电器。（2）衔铁绕轴转动拍合式，如图1.1（b）所示。衔铁绕固定轴转动，铁芯用硅钢片叠成，适用于交流接触器。（3）衔铁直线运动式，如图1.1（c）所示。衔铁在线圈内作直线运动。多用于交流接触器和继电器。

2）按电磁系统形状分类

电磁机构按照铁芯的形状可分为U形和E形，如图1.1所示。

3）按线圈的连接方式分类

电磁机构按照线圈接入电路的方式可分为串联电磁机构和并联电磁机构两种，如图1.2所示。（1）串联电磁机构。电磁机构的线圈串联于电路中，如图1.2（a）所示。串联电磁机构的衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小，而衔铁的动作不会引起线圈中电流的变化。这种接入方式的线圈又称为电流线圈，具有这种电磁机构的电器都属于电流型电器。为了不影响电路中负载的端电压和电流，要求线圈的内阻很小，因此，串联电磁机构的线圈导线截面积较大，且线圈匝数较少。图1.2 电磁机构线圈接入电路的方式（2）并联电磁机构。电磁机构的线圈并联于电路中，如图1.2（b）所示。并联电磁机构的衔铁动作与否取决于线圈两端的电压大小，这种接入方式的线圈又称为电压线圈，具有这种电磁机构的电器均属于电压型电器。

电磁铁按吸引线圈通电电流的性质不同可分为直流电磁铁与交流电磁铁。直流电磁铁的铁芯由整块铸铁构成，而交流电磁铁的铁芯则用硅钢片叠成，以减小铁损（磁滞损耗及涡流损耗）。

在实际应用中，由于直流电磁铁仅有线圈发热，所以线圈匝数多、导线细，制成细长型，且不设线圈骨架，线圈与铁芯直接接触，利于线圈的散热。而交流电磁铁由于铁芯和线圈均发热，所以线圈匝数少、导线粗，制成短粗型，吸引线圈设有骨架，且铁芯与线圈隔离，利于铁芯和线圈的散热。

2.电磁机构的工作特性

电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表示，两者之间的配合关系将直接影响电磁式电器的工作可靠性。

1）吸力特性

电磁机构的电磁吸力与工作气隙的关系称为吸力特性。电磁铁的吸力公式为：

式中，F——电磁吸力（N）；B——工作气隙中磁感应强度2（T）；S——铁芯截面积（m）。22

由上式可知：当S一定时，F∝B，也就是F∝Φ，其中Φ为气隙磁通。因此，励磁电流的种类不同，吸力特性也将不同。下面就交流电磁机构和直流电磁机构的吸力特性分别进行说明。（1）交流电磁机构的吸力特性：假设线圈电压U不变，则U≈E=4.44fΦN，Φ=U/4.44fN，式中E为线圈感应电动势，f为电源频率，Φ为气隙磁通，N为线圈匝数。当U、f、N为常数时，Φ为常数，则F也为常数，即F与气隙的大小δ无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，F随着δ的减小而略有增大。由于Φ不变，则流过线圈的电流I随气隙磁阻（即随气隙大小δ）的变化成正比例变化，其电磁机构的吸力特性如图1.3所示。（2）直流电磁机构的吸力特性：对于直流线圈，当电压U及线圈电阻R不变时，流过线圈的电流I不变。由磁路定律Φ=IN/R可知（式m中R为气隙磁阻），，即电磁吸力F与气m隙大小δ的平方成反比。直流电磁机构的吸力特性如图1.4所示。图1.3 交流电磁机构的吸力特性图1.4 直流电磁机构的吸力特性

由以上分析可以看出，直流电磁机构的吸力与气隙大小的平方成反比，而交流电磁机构的吸力与气隙的大小无关。因此，直流电磁机构的吸力特性曲线比交流电磁机构的吸力特性曲线要陡。

2）反力特性

电磁机构的反作用力与工作气隙的关系称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。在忽略电磁机构运动部件重力的情况下，电磁机构的反作用力主要由释放弹簧和触点弹簧的反作用力构成，用F表示。由于弹簧的作用力与其长度成线性关系，所以反力特性曲线都是直线段，如图1.5中的曲线3所示。δ为气隙的最1大值，此时对应的动、静触点之间的距离称为触点开距，也称为触点行程。在衔铁闭合过程中，当气隙由δ开始减小时，反力逐渐增大，1如曲线3中的ab段所示，这一段表现为释放弹簧的反力变化。当气隙减小到δ位置时，动、静触点刚刚接触。由于触点弹簧预先被压缩了2一段，因而当动、静触点刚刚接触时触点弹簧会产生一个压力，称为初压力。此时初压力作用到衔铁上，反力突增，曲线也突变，如曲线3中的bc段所示，这一段表现为触点弹簧的初压力变化。当气隙由δ2再减小时，释放弹簧与触点弹簧同时起作用，使反力变化增大。气隙越小触点压得越紧，反力越大，线段越陡，如曲线3中的cd段所示。图1.5 吸力特性和反力特性

触点弹簧压缩的距离称为触点的超行程，即从静、动触点刚开始接触到触点压紧而动触点向前压紧的距离。触点完全闭合后动触点已不再向前运动时的触点压力称为终压力。

由以上分析可以看出，气隙减小的过程就是触点闭合的过程。触点开距、超行程、初压力、终压力是触点的四个主要参数。触点开距将保证断开电弧和在规定的试验电压下不被击穿；超行程是保证触点的可靠接触所必不可少的；初压力主要是为了限制并防止触点在刚接触时发生机械振动；终压力是为了保证触点在闭合状态下接触电阻较小，使触点的温升不超过允许临界值。

改变释放弹簧的松紧，可以改变反力特性曲线的位置。若将释放弹簧调紧，则反力特性曲线上移；若将释放弹簧调松，则反力特性曲线下移。

3）电磁机构的吸力特性与反力特性的配合关系

对电磁机构的吸力特性与反力特性要进行适当的配合，以便保证衔铁产生可靠吸合动作的前提下能尽量减少衔铁和铁芯柱端面间的机械磨损和触点间的电磨损。因此，在整个吸合过程中，吸力都应大于反作用力，即吸力特性曲线高于反力特性曲线，但吸力不能过大或过小。

吸力过大时会产生很大的冲击力，使衔铁与铁芯柱端面造成严重的机械磨损。此外，过大的冲击力有可能使触点产生弹跳现象，从而导致触点的熔焊或烧损，也就会引起严重的电磨损，降低触点的使用寿命。吸力过小时可能使衔铁无法吸合而导致线圈严重过热乃至烧坏，即使衔铁能够吸合也会使衔铁运动速度降低，难以满足电器高频率操作的要求。

在实际应用中，可通过调整释放弹簧或触点初压力来改变反力特性，使之与吸力特性有良好的配合。

4）交流电磁机构的短路环

对于单相交流电磁机构，通常在铁芯和衔铁的端面上开一个槽，在槽内安置一个铜制的短路环（也叫分磁环），如图1.6所示。这是因为在电磁机构的磁场中，磁感应强度按正弦规律变化，即B=Bsinωt，m由式（1.1）可知，吸力F将在最大值与零之间变化，而电磁机构在工作过程中，衔铁始终受到反作用力的作用，当反作用力大于吸力F时，衔铁被拉开；而当吸力大于反作用力时，衔铁又吸合，在如此反复循环的过程中，衔铁将会产生强烈的振动和噪声。因此，必须采取措施，消除振动和噪声。图1.6 交流电磁机构的短路环

在铁芯端面装设短路环后，气隙磁通Φ分为两部分，即不穿过短路环的Φ和穿过短路环的Φ，且Φ滞后于Φ。它们不仅相位不同而1221且幅值也不一样，如图1.7所示。由这两个磁通产生的电磁力F与F12在不同时刻过零点，如果短路环设计得比较合理，使Φ、Φ 的相位12φ相差90°，并且F、F的大小近似相等，则合成的磁力曲线就会相12当平坦。只要最小吸力大于反作用力，那么衔铁将会牢牢地被吸住，不会产生振动和噪声。图1.7 短路环原理1.2.2 触点系统

触点系统是电器的执行机构，电器通过触点的动作来分、合被控制的电路。因此，触点系统的好坏直接影响整个电器的工作性能。影响触点工作情况的主要因素是触点的接触电阻，因为接触电阻大，易使触点发热导致温度升高，从而使触点易产生熔焊现象，这样既影响工作的可靠性又降低了触点的使用寿命。触点的接触电阻不仅与触点的接触形式有关，而且还与接触压力、触点材料及触点表面状况有关。

1.触点材料

为使触点具有良好的接触性能，触点通常采用铜质材料制成。但在使用过程中，铜的表面容易氧化而生成一层氧化膜，使触点接触电阻增大，容易引起触点过热，影响电器的使用寿命。因此，对于电流容量较小的电器，常采用银质材料作为触点材料，因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，从而避免触点表面氧化膜电阻率增加而造成触点接触不良。另外，材料的电阻系数越小，接触电阻也越小。在金属中银的电阻系数最小，但银比铜的价格高，实际生产中常在铜基触点上镀银或嵌银，以减小接触电阻。

2.触点的接触形式

触点的接触形式有点接触、线接触和面接触三种，如图1.8所示。

如图1.8（a）所示为点接触，由两个半球或一个半球与一个平面形触点构成。由于接触区域是一个点或面积很小的面，允许通过的电流很小，所以它常用于电流较小的电器中，如继电器的触点和接触器的辅助触点。如图1.8（b）所示为线接触，由两个圆柱面形触点构成，又称为指形触点。它的接触区域是一条直线或一条窄面，允许通过的电流较大，常用于中等容量接触器的主触点。由于这种接触形式在电路的通断过程中是滑动接触的，如图1.9 所示，接通时，接触点由A→B→C变化；断开时，接触点则由C→B→A变化，这样就可以自动清除触点表面的氧化膜，从而更好地保证触点的良好接触。如图1.8（c）所示为面接触，由两个平面形触点构成。由于接触区域有一定的面积，因此可以通过很大的电流，常用于大容量接触器的主触点。图1.8 触点的三种接触形式图1.9 指形触点的接触过程

3.触点的状态

触点有四种工作状态，即闭合状态、断开过程、断开状态、闭合过程。在理想的情况下，触点闭合时其接触电阻为零；触点断开时其接触电阻为无穷大；在闭合过程中，接触电阻瞬时由无穷大变为零；在断开过程中，接触电阻瞬时由零变为无穷大。但实际上，在闭合状态时触点间有接触电阻存在，若接触电阻太大，就可能导致被控电路压降过大或电路不通；在断开状态时要求触点间有一定的绝缘电阻，若绝缘电阻不足就可能导致击穿放电，致使被控电路导通；在闭合过程中有触点弹跳现象，可能破坏触点的可靠闭合；在断开过程中可能产生电弧，会破坏触点的可靠断开。

由于触点表面不平整与氧化层的存在，两个触点的接触处会有一定的电阻。因此，在实际应用中应采取相应的措施减小接触电阻。

4.影响接触电阻的因数及其减小方法

由于触点表面总是凹凸不平的，电流的导通与触点的形状、接触压力、温度、材料性能等有关。其中，接触压力是一个非常重要的因素。增加接触压力，可以增加接触面积，使接触电阻减小。为此，在动触点上安装一个触点弹簧，如图1.10（a）所示。该弹簧预先被压缩了一段，因而产生一个初压力F，如图1.10（b）所示。触点闭合1后由于弹簧在超行程内继续压缩而产生终压力F，如图1.10（c）所2示。弹簧压缩的距离l为触点的超行程，即从静、动触点刚开始接触到触点向前压紧的距离。有了超行程，触点在有磨损的情况下，仍具有一定的压力，可使接触电阻减小。当然，触点磨损严重时应及时更换触点。图1.10 桥式触点的位置

为了避免金属表面生成的氧化物使接触电阻增大而影响触点工作，在小容量电器中可采用银或镀银触点；在大容量电器中，可采用具有滑动作用的指形触点，这样在每次闭合过程中都可以磨去氧化膜，从而让清洁的金属接触面相互接触，以增强触点的导电性。此外，触点上的尘垢也会影响其导电性，因此，当触点表面聚集了尘垢以后，需用无水乙醇或四氯化碳揩拭干净。如果触点表面被电弧灼烧而出现烟熏状，也需要按上述方法处理干净。1.2.3 电弧的产生和灭弧方法

1.电弧的产生

当触点切断电路时，如果电路中的电压超过10～20V和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。其主要特点是外部有白炽弧光，内部的温度很高且有密度很大的电流，具有导电性。

电弧形成的过程是：当触点间刚出现断口时，触点间的距离极小，电场强度极大，在高热和强电场的作用下，气隙中的电子高速运动产生游离碰撞，在游离因素的作用下，触点间的气隙中会产生大量的带电粒子使气体导电，形成炽热的电子流，即电弧。

电弧的产生一方面烧蚀触点，降低电器寿命和电器工作的可靠性，另一方面会使触点分断时间延长，严重时会引起火灾或其他事故。因此在电路中应采取适当的措施熄灭电弧。

2.常用的灭弧方法和装置

根据电流性质的不同，电弧分为直流电弧和交流电弧。交流电弧有自然过零点，容易被熄灭；而直流电弧则不易被熄灭。

由上述电弧产生的过程可知，熄灭电弧的原理是抑制游离因素，增强去游离因素。在低压电器的灭弧过程中，为使电弧熄灭，可采用将电弧拉长、使弧柱冷却、把电弧分成若干短弧等方法。常用的灭弧装置有以下几种。

1）电动力灭弧

如图1.11所示是双断点桥式触点灭弧原理示意图。所谓双断点就是在一个回路中有两个产生和断开电弧的间隙。当触点分断时，在左右两个弧隙中产生两个彼此串联的电弧，在电动力F的作用下向两侧方向运动，使电弧拉长，在拉长过程中电弧遇到空气迅速冷却而很快熄灭。这种方法多适用于交流接触器等交流低压电器中。

2）磁吹灭弧

借助电弧与弧隙磁场相互作用而产生的电磁力实现灭弧，称为磁吹灭弧，如图1.12所示。在触点电路中串入一个具有铁芯的吹弧线圈，它产生的磁通通过导磁夹板引向触点周围，其方向如图中“×”所示。当电弧产生后，电弧电流产生的磁通方向如图中“⊗”和“⊙”所示。产生的电弧可看成是一个载流导体，电流方向由静触点流向动触点。这时，根据左手定则可确定出电弧在磁场中所受电磁力F的方向是向上的。由于电弧向上运动，它一方面被拉长，另一方面又被冷却，使电弧很快熄灭。熄弧角除了有引导电弧运动的作用外，还能把电弧从触点处引开，从而起到保护触点的作用。

由于吹弧线圈串联于主电路中，所以作用于电弧的磁场力随电弧电流的大小而改变，电弧电流越大，灭弧能力越强，而且磁吹力的方向与电流方向无关。所以，磁吹灭弧装置适用于交直流低压电器中。图1.11 双断点桥式触点灭弧原理图1.12 磁吹灭弧原理

3）栅片灭弧

栅片灭弧的原理示意图如图1.13所示。灭弧栅由多个镀铜薄钢片组成，彼此之间互相绝缘，片间距离为2～3mm，这些金属片称为栅片。一旦产生电弧，电弧周围产生磁场，导磁的栅片将电弧吸入栅片间，电弧被栅片分割成数段，栅片彼此绝缘，每片相当于一个电极。当交流电压过零时电弧自然熄灭。电弧要重燃，两栅片间必须有150～250V电弧压降。这样，一方面电源电压不足以维持电弧；另一方面，由于栅片的散热作用，电弧自然被熄灭后很难重燃。栅片灭弧常用于交流接触器中。图1.13 栅片灭弧原理

4）灭弧罩灭弧

比栅片灭弧更为简单的是采用一个陶土和石棉、水泥做成的耐高温的灭弧罩。电弧进入灭弧罩后，可以降低电弧温度和隔离电弧，可用于交流和直流灭弧。

5）窄缝灭弧

在电弧所形成的磁场电动力的作用下，电弧被拉长并进入灭弧罩的窄缝中，几条纵缝可将电弧分割成数段且与固体介质相接触，电弧受冷却而迅速熄灭。这种方法多用于交流接触器中。1.2.4 低压电器的主要技术参数

由于电路的工作电压或电流等级不同、通断的频繁程度不同、负载的性质不同等原因，必须对电器提出不同的技术要求，从而使电器有不同的使用类别，保证电器能可靠地接通和断开电路。

1.使用类别

低压电器主触点和辅助触点的使用类别与典型用途如表1.1所示。

2.额定工作电压

额定工作电压是指在规定条件下，能保证电器正常工作的电压值。一般指触点额定电压值。电磁式电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。表1.1 低压电器触点的使用类别与典型用途

3.额定工作电流

额定工作电流是根据电器的具体使用条件确定的电流值，它和额定电压、电源频率、使用类别、触点寿命及防护参数等因素有关。同一个开关电器的使用条件不同时，其工作电流值也不同。

4.通断能力

通断能力以控制规定的非正常负载时所能接通和断开的电流值来衡量。接通能力是指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力。断开能力是指开关断开时能可靠灭弧的能力。

5.寿命

低压电器的寿命包括机械寿命和电寿命。机械寿命指的是电器在无电流情况下能可靠操作的次数；电寿命指的是在所规定的使用条件下不需要修理或更换零件进行可靠操作的次数。1.3 低压开关1.3.1 刀开关

刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器，主要用在低压成套配电装置中，用于不频繁地手动接通和分断交直流电路或作为隔离开关使用，也可以用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机等。

刀开关按极数分为单极、双极和三极；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按刀开关转换方向分为单投和双投；按灭弧结构分为带灭弧罩的和不带灭弧罩的。

刀开关由手柄、触刀、静插座和底板组成。为了使用方便和减小体积，往往在刀开关上安装熔丝或熔断器，组成兼有通断电路和保护作用的开关电器，如开启式负荷开关、封闭式负荷开关、熔断器式刀开关等。

1.开启式负荷开关

开启式负荷开关俗称胶盖瓷底刀开关，由于其结构简单，价格便宜，使用维修方便，故得到广泛应用。主要适用于交流50Hz，额定电压单相220V、三相380V，额定电流在100A以下的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路及小容量线路短路保护的开关，也可作为分支电路的配电开关使用。

胶盖瓷底刀开关由操作手柄、熔丝、触刀、触刀座和底座等组成，如图1.14所示。这种刀开关装有熔丝，可起短路保护作用。

刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，避免由于重力自动下落，引起误动接通。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样在分断后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。图1.14 胶盖瓷底刀开关的结构

2.封闭式负荷开关

封闭式负荷开关又称铁壳开关。一般用于电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全电压启动控制。

封闭式负荷开关主要由钢板外壳、触刀、操作机构、熔断器等组成，如图1.15所示。图1.15 封闭式负荷开关

封闭式负荷开关的操作结构有两个特点：一是采用储能合闸方式，即利用一根弹簧执行合闸和分闸的功能，使开关闭合和分断时的速度与操作速度无关。它既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置；二是设有联锁装置，以保证开关合闸后便不能打开箱盖，而在箱盖打开后，不能再合开关。

3.熔断器式刀开关

熔断器式刀开关又称刀熔开关，是刀开关与熔断器组合而成的开关电器。采用这种刀开关，可以简化配电装置的结构，目前广泛用于低压动力配电屏中。

4.刀开关的主要技术参数和常用型号

刀开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流和热稳定电流等。

动稳定电流是指当电路发生短路故障时，刀开关并不因短路电流产生的电动力作用而发生变形、损坏或触刀自动弹出之类的现象。这一短路电流峰值即为刀开关的动稳定电流，可高达额定电流的数十倍。

热稳定电流是指当电路发生短路故障时，刀开关在一定时间（通常为1s）内通过某一短路电流，并不会因温度急剧升高而发出熔焊现象，这一最大短路电流称为刀开关的热稳定电流。刀开关的热稳定电流也可高达额定电流的数十倍。

刀开关的常用型号有：HK1、HK2系列为开启式负荷开关，HH4、HH10、HH11系列为封闭式负荷开关。表1.2为HK2系列负荷开关的技术数据。表1.3为HH10、HH11系列负荷开关的技术数据。HR3、HR5系列为熔断器式刀开关，其中HR5刀开关中的熔断器采用NT型低压高分断型，结构紧凑，分断能力高达100kA。表1.2 HK2系列负荷开关的技术数据表1.3 HH10、HH11系列负荷开关的技术数据

5.刀开关的电气符号

刀开关的图形符号及文字符号如图1.16所示。

6.刀开关的选用原则（1）根据使用场合选择刀开关的类型、极数及操作方式。（2）刀开关的额定电压应大于或等于线路电压。（3）刀开关的额定电流应稍大于或等于电路的工作电流。对于电动机负载，开启式刀开关的额定电流可按电动机额定电流的3倍选取；封闭式刀开关的额定电流可按电动机额定电流的1.5倍选取。图1.16 刀开关的图形符号及文字符号1.3.2 组合开关

组合开关又称为转换开关，是一种多触点、多位置式，可控制多个回路的电器。组合开关也是一种刀开关，它的刀片（动触片）是转动的，比刀开关轻巧而且组合性强，能组合成各种不同的线路。一般用于电气设备中非频繁地通断电路、换接电源和负载、测量三相电压，以及控制小容量感应电动机。

1.组合开关的结构

组合开关由动触点（动触片）、静触点（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动触点、静触点分别叠装于数层绝缘垫板之间，组合开关的结构示意图如图1.17所示。当转动手柄时，每层的动触点随方形转轴一起转动，从而实现对电路的接通、断开控制。图1.17 组合开关的结构

2.组合开关的主要技术参数和常用型号

组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。其中，额定电流有10A、25A、60A等级别。常用型号有HZ5、HZ10、HZ15等系列，其中HZ15为新型的全国统一设计的更新换代产品。表1.4为HZ15系列组合开关的技术数据。表1.4 HZ15系列组合开关的技术数据

3.组合开关的型号及电气符号

1）组合开关的型号及含义

2）组合开关的电气符号

组合开关在电路中的表示方法有两种：一种是触点状态图结合通断表；另一种与手动刀开关图形符号相似，但文字符号不同。具体如图1.18所示。图1.18 组合开关的电气符号1.4 接触器

接触器是用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。在大多数的情况下，其控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机、电炉变压器等。接触器具有控制容量大、操作频率高、寿命长、能远距离控制等优点，同时还具有低压释放保护功能，所以在电气控制系统中应用十分广泛。

接触器的触点系统可以用电磁铁、压缩空气或液体压力等驱动，因而可分为电磁式接触器、气动式接触器和液压式接触器，其中以电磁式接触器应用最为广泛。根据接触器主触点通过电流的种类，可分为交流接触器和直流接触器。1.4.1 交流接触器

交流接触器主要由触点系统、电磁机构、灭弧装置和其他部件等组成。交流接触器的结构示意图如图1.19所示。

1.电磁机构

电磁机构的作用是将电磁能转换成机械能，控制触点的闭合或断开。交流接触器一般采用衔铁绕轴转动的拍合式电磁机构和衔铁做直线运动的电磁机构。由于交流接触器的线圈通交流电，在铁芯中存在磁滞和涡流损耗，会引起铁芯发热，为了减少涡流损耗和磁滞损耗，以免铁芯过度发热，铁芯由硅钢片叠合而成。同时，为了减小机械振动和噪声，在静铁芯极面上装有短路环。图1.19 交流接触器的结构

2.触点系统

触点是接触器的执行元件，用来接通和断开电路。交流接触器一般采用双断点桥式触点，两个触点串联于同一电路中，同时接通或断开。接触器的触点有主触点和辅助触点之分，主触点用于通断主电路，辅助触点用于通断控制回路。主触点容量大，有三对或四对动合（常开）触点；辅助触点容量小，通常有两对动合（常开）、动断（常闭）触点，且分布在主触点两侧。

3.灭弧装置

容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断点桥式触点以利于灭弧，其上有陶土灭弧罩。对于大容量的交流接触器常采用栅片灭弧。

4.其他部分

交流接触器的其他部分有底座、反力弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构和接线柱等。反力弹簧的作用是当吸引线圈断电时，迅速使主触点和动合辅助触点断开；缓冲弹簧的作用是缓冲衔铁在吸合时对静铁芯和外壳的冲击力；触点压力弹簧的作用是增加动、静触点之间的压力，增大接触面积以降低接触电阻，避免触点由于接触不良而产生过热灼伤，并有减振作用。

5.工作原理

交流接触器的工作原理如图1.20所示。当交流接触器电磁系统中的线圈6、7间通入交流电流以后，铁芯8被磁化，产生大于反力弹簧10弹力的电磁力，将衔铁9吸合。一方面，带动了动合主触点1、2、3的闭合，接通主电路；另一方面，动断辅助触点（在4和5处）首先断开，接着动合辅助触点（也在4和5处）闭合。当线圈断电或外加电压太低时，在反力弹簧10的作用下衔铁释放，动合主触点断开，切断主电路；动合辅助触点先断开，动断辅助触点后恢复闭合。在图1.20中，11～17和21～27为各触点的接线柱。图1.20 交流接触器的工作原理1.4.2 直流接触器

直流接触器主要用来接通和分断额定电压440V以下、电流630A以下的直流电路或频繁地控制直流电动机启动、停止、反转及反接制动。

直流接触器的结构和工作原理与交流接触器类似，在结构上也是由触点系统、电磁机构和灭弧装置等部分组成，只不过在铁芯的结构、线圈形状、触点形状和数量、灭弧方式等方面有所不同。1.4.3 接触器的主要技术参数

接触器的主要技术参数有额定电压、额定电流、寿命、操作频率等。

1.额定电压

接触器的额定电压是指接触器主触点的额定工作电压。直流线圈常用的电压等级为24V、48V、110V、220V及440V等；交流线圈常用的电压等级为36V、127V、220V及380V等。

2.额定电流

接触器的额定电流是指接触器主触点的额定工作电流。它是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、额定工作制和操作频率等），保证电器正常工作的电流值。若改变使用条件，额定电流也要随之改变。

3.吸合线圈的额定电压

直流线圈常用的电压等级为24V、48V、110V、220V及440V等，交流线圈常用的电压等级为36V、127V、220V及380V等。

4.机械寿命与电寿命

接触器是需要频繁操作的电器，应有较长的机械寿命和电寿命。接触器的机械寿命一般为数百万次至一千万次；电寿命一般是机械寿命的5%～20%。

5.额定操作频率

接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，目前一般为300次/h、600次/h、1 200次/h等。操作频率直接影响接触器的电寿命及灭弧室的工作条件，对于交流接触器还影响线圈温升，它是一个重要的技术指标。

6.接通与分断能力

接触器的接通与分断能力是指接触器的主触点在规定的条件下，能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通时主触点不应发生熔焊；分断时主触点不应发生长时间燃弧。

7.线圈消耗功率

线圈消耗功率可分为启动功率和吸持功率。对于直流接触器，两者相等；对于交流接触器，启动功率一般为吸持功率的5～8倍。

8.动作值

接触器的动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。规定接触器的吸合电压大于线圈额定电压的85%时应可靠吸合，释放电压不高于线圈额定电压的70%。1.4.4 接触器的常用型号及电气符号

1.接触器的常用型号

目前常用的交流接触器有：CJ20、CJ24、CJ26、CJ28、CJ29、CJT1、CJ40和CJX1、CJX2、CJX3、CJX4、CJX5、CJX8系列，以及NC2、NC6、B、CDC、CK1、CK2、EB、HC1、HUC1、CKJ5、CKJ9等系列。表1.5为CJ24系列交流接触器的主要技术数据。

常用的直流接触器有：CZ0、CZ18、CZ21、CZ22等系列。表1.6为CZ18系列直流接触器的主要技术数据。表1.5 CJ24系列交流接触器主要技术数据表1.6 CZ18系列直流接触器主要技术数据

2.接触器型号的含义

1）交流接触器

2）直流接触器

3.电气符号

接触器的图形符号和文字符号如图1.21所示。图1.21 接触器的图形符号和文字符号1.4.5 接触器的选用

为了保证系统正常工作，必须根据以下原则正确选择接触器，使接触器的技术参数满足控制线路的要求。

1.接触器类型的选择

接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择，即交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。

2.接触器主触点的额定电压选择

被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压。

3.接触器主触点额定电流的选择

对于电动机负载，接触器主触点额定电流按下式计算：

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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